液態金屬拯救半導體
2020-10-08 產業前沿
來源：新南威爾斯大學
摩爾定律是一種經驗主義的建議，它表明集成電路中電晶體的數量每隔幾年就會翻一番。然而，摩爾定律已經開始失效，因為現在的電晶體太小了，現有的矽基技術無法提供進一步縮小的機會。
克服摩爾定律的一種可能性是訴諸於二維半導體。這種二維材料非常薄，可以允許自由載流子(即攜帶信息的電晶體中的電子和空穴)沿超薄平面傳播。這種載流子的限制可能使半導體的開關非常容易。它還允許有方向性的路徑，使載流子移動而不發生散射，因此給電晶體帶來無窮小的電阻。
這意味著從理論上講,二維材料會導致電晶體,不要浪費能源在開/關開關。理論上，他們可以切換非常快，也開關到絕對零阻值在他們的非工作狀態。聽起來很理想，但生活並不理想!事實上，要創造出如此完美的超薄半導體，仍有許多技術障礙需要克服。當前技術的一個障礙是沉積的超薄薄膜充滿晶界，使載流子從晶界反射回來，從而增加了電阻損失。
最令人興奮的超薄半導體之一是二硫化鉬(監理)被調查的主題在過去二十年的電子性質。然而，獲得大尺度二維無晶界的二硫化鉬已被證明是一個真正的挑戰。使用任何大規模的沉積技術，無晶粒邊界的MoS2，這是製造集成電路的必要，尚未達到可接受的成熟度。然而，現在新南威爾斯大學(UNSW)化學工程學院的研究人員基於一種新的沉積方法開發了一種消除這種晶界的方法。
這種獨特的能力是在液態鎵金屬的幫助下實現的。鎵是一種令人驚奇的金屬，熔點只有29.8攝氏度。這意味著在正常的辦公室溫度下，它是固體，而放在某人的手掌上，它就會變成液體。它是一種熔化了的金屬，所以它的表面像原子一樣光滑。它也是一種傳統金屬，這意味著它的表面提供了大量的自由電子，便於化學反應，」該論文的第一作者王一芳女士說。
「通過將鉬和硫的來源靠近液態鎵金屬的表面，我們能夠實現形成鉬硫鍵的化學反應，從而建立所需的MoS2。」形成的二維材料模板鍍在原子光滑的鎵表面上，因此它自然地有核和無晶界。這意味著通過第二步退火，我們可以得到非常大的面積的MoS2，沒有晶界。這是一個非常重要的一步擴大這種迷人的跟半導體」。
新南威爾斯大學的研究人員現在正計劃將他們的方法擴展到製造其他二維半導體和介電材料，以製造出許多可以用作電晶體不同部分的材料。
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